Файловая система NTFS и механизм EFS

     Содержание

      Введение

     Защита  конфиденциальных данных от несанкционированного доступа очень важна в любой среде, где множество пользователей обращается к одним и тем же физическим и сетевым ресурсам. У операционной системы, как и у отдельных пользователей, должна быть возможность защиты файлов, памяти и конфигурационных параметров от нежелательного просмотра и внесения изменений.

     Доступ  к данным можно ограничить с помощью  средств NTFS. Такой подход обеспечивает хорошую степень защиты, если единственной загружаемой операционной системой является Windows 2000, жесткий диск не может быть физически удален из компьютера, и данные находятся в разделе NTFS. Если кто-либо захочет получить доступ к данным, он может осуществить свое желание, получив физический доступ к компьютеру или жесткому диску. Существуют инструменты, позволяющие получить доступ к файлам, находящимся в разделе NTFS, из операционных систем MS-DOS или UNIX в обход системы безопасности NTFS.

     Из  этого следует вывод: единственный надежный способ защиты информации — это шифрующая файловая система. На рынке программного обеспечения существует целый набор продуктов, обеспечивающих шифрование данных с помощью образованного от пароля ключа на уровне приложений. Однако такой подход имеет ряд ограничений:

     Ручное  шифрование и дешифрование.  Пользователю приходится расшифровывать файл перед каждым его использованием, а затем опять зашифровывать.

     Утечка  информации из временных  файлов и файлов подкачки. Практически все приложения в процессе редактирования документов создают временные файлы. Они остаются на диске незашифрованными, хотя оригинальный файл зашифрован.

     Все перечисленные выше проблемы позволяет  решить шифрующая файловая система (Encrypting File System, EPS), реализованная в Windows 2000 и работающая только на NTFS 5.O. В следующих разделах подробно описаны технология шифрования, место шифрования в операционной системе, взаимодействие с пользователями и способ восстановления данных.

     Цель данной курсовой работы: ознакомиться с файловой системой NTFS и механизмом EFS.

     В курсовой работе были поставлены следующие задачи:

• Изучить файловую систему NTFS, ее структуру;
• Изучить процесс шифрования файлов;
• Изучить процесс расшифровки файлов;
• Разработать лабораторную работу.

     Объектом курсовой работы является файловая система NTFS и конфиденциальная информация.

     Предметом является шифрующая файловая система (EFS).

      I  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     1 Файловая система NTFS

     Формат  файловых систем определяют принципы хранения данных на носителе и влияют на характеристики файловой системы. Формат файловой системы может налагать ограничения на размеры файлов и емкости поддерживаемых устройств внешней памяти. Некоторые форматы файловых систем эффективно реализуют поддержку либо больших, либо малых файлов и дисков.

     NTFS –встроенная файловая система  Windows 2000. NTFS использует 64-разрядные индексы кластеров. Это позволяет ей адресовать тома размером до 16 миллиардов Гб. Однако Windows 2000 ограничивает размеры томов NTFS до значений, при которых возможна адресация 32-разрядными кластерами, т.е. до 128 Тб (с использованием кластеров по 64 Кб).

     С самого начала разработка NTFS велась с  учетом требований, предъявляемых к файловой системе корпоративного класса. Чтобы свести к минимуму потери данных в случае неожиданного выхода системы из строя или её краха, файловая система должна гарантировать целостность своих метаданных. Для защиты конфиденциальных данных от несанкционированного доступа файловая система должна быть построена на интегрированной модели защиты. Наконец, файловая система должна поддерживать защиту пользовательских данных за счет программной избыточности данных.

1.1  Структура NTFS на диске

     Структура NTFS начинается с тома. Том соответствует  логическому разделу на диске  и создается при форматировании диска или его части под NTFS. На диске может быть один или несколько  томов. NTFS обрабатывает каждый том независимо от других. Три примера конфигурации 150-мегабайтного жесткого диска показаны на рисунке 1.

      Рисунок 1 - Примеры конфигураций диска

     Том состоит из набора файлов и свободного пространства, оставшегося в данном разделе диска. В томе NTFS все данные файловой системы вроде битовых карт, каталогов и начального загрузочного кода хранятся как обычные файлы.

     Размер  кластера на томе NTFS, или кластерный множитель, устанавливается при форматировании тома командой format. Размер кластера по умолчанию определяется размером тома, но всегда содержит целое число физических секторов с дискретностью N2. Кластерный множитель выражается числом байт в кластере, например 512 байт, 1Кб или 2Кб.

     Внутренне NTFS работает только с кластерами. Однако NTFS инициирует низкоуровневые операции ввода-вывода на томе, выравнивая передаваемые данные по размеру сектора и подгоняя их объем под значение, кратное размеру секторов. NTFS использует кластер как единицу выделения пространства для поддержания независимости от размера физического сектора. Это позволяет NTFS эффективно работать с очень большими дисками, используя кластеры большего размера, и поддерживать нестандартные диски с размером секторов отличным от 512 байт. Применение больших кластеров на больших томах уменьшает фрагментацию и ускоряет выделение свободного пространства за счет небольшого проигрыша в эффективности использования дискового пространства.

     NTFS адресуется к конкретным местам  на диске, используя логические  номера кластеров (logical cluster numbers, LCN10) для этого все кластеры на томе просто номеруются по порядку – от начала до конца. Для преобразования LCN в физический адрес на диске NTFS умножает LCN на кластерный множитель и получает байтовое смещение от начала тома, воспринимаемое интерфейсом драйвера диска. На данные внутри файла NTFS ссылается по виртуальным номерам кластеров(VCN17), нумеруя кластеры которые принадлежат конкретному файлу (от 0 до m). Виртуальные номера не обязательно должны быть физически непрерывными.

1.2  Главная таблица файлов

     В NTFS все данные, хранящиеся на томе, содержатся в файлах. Хранение всех видов данных в файлах позволяет файловой системе легко находить и поддерживать данные, а каждый файл может быть защищен дескриптором защиты. Кроме того, при появлении плохих секторов на диске, NTFS может переместить файлы метаданных.

     Метаданные  – это данные, хранящиеся на томе и необходимые для поддержки  управления файловой системой. Как  правило, они не доступны приложениям. К метаданным NTFS относятся  структуры  данных, используемые для поиска и выборки файлов, начальный загрузочный код и битовая карта, в которой регистрируется состояние пространства всего тома.

     Главная таблица файлов (MFT14) занимает центральное  место в структуре NTFS-тома. MFT реализована как массив записей о файлах. Размер каждой записи фиксирован и равен 1 Кб. Логически MFT содержит по одной строке на каждый файл тома, включая строку для самой MFT. Кроме MFT на каждом томе NTFS имеется набор файлов метаданных с информацией, необходимой для реализации структуры файловой системы.

     Имена всех файлов метаданных NTFS начинаются со знака $, хотя эти знаки скрыты. Так имя файла MFT - $Mft. Остальные  файлы NTFS-тома являются обычными файлами и каталогами.

     Обычно  каждая запись MFT соответствует отдельному файлу, но если у файла много атрибутов или он сильно фрагментирован, для него может понадобиться более одной записи. Тогда первая запись MFT, хранящая адреса других записей, называется базовой.

          При первом обращении к тому NTFS должна считать с диска метаданные и сформировать внутренние структуры данных, необходимые для обработки обращений к файловой системе. Для этого NTFS ищет в загрузочном секторе физический адрес MFT на диске. Запись о самой MFT является первым элементом в этой таблице, вторая запись указывает на файл в середине диска ($MftMirr), который называется зеркальной копией MFT и содержит копию первых нескольких строк MFT. Если по каким-либо причинам считать часть MFT не удастся, для поиска файлов метаданных будет использована именно эта копия MFT.

     Найдя запись для MFT, NTFS получает из ее атрибута данных информацию о сопоставлении VCN и LCN и сохраняет ее в памяти. В каждой группе хранится сопоставление VCN-LCN и длина этой группы – вот и вся информация, необходимая для того, чтобы найти LCN по VCN. Эта информация сообщает NTFS, где на диске искать группы, образующие MFT. Затем NTFS обрабатывает записи MFT еще для нескольких файлов метаданных и открывает эти файлы. Наконец, NTFS выполняет операцию восстановления файловой системы и открывает остальные файлы метаданных. С этого момента пользователь может обращаться к данному дисковому тому.

     В процессе работы системы NTFS ведет запись в файл метаданных – файл журнала  с именем $LogFile. NTFS использует его  для регистрации всех операций, влияющих на структуру тома NTFS, в том числе для регистрации создания файлов и выполнения любых команд, модифицирующих структуру каталогов. Файл журнала используется и при восстановлении тома NTFS после аварии системы.

     Еще один элемент MFT зарезервирован для  корневого каталога, обозначаемого как «\». Его запись содержит индекс файлов и каталогов, хранящихся в корне структуры каталогов NTFS. Когда NTFS впервые получает запрос на открытие файла, она начинает его поиск с записи корневого каталога. Открыв файл, NTFS сохраняет файловую ссылку MFT для этого файла и поэтому в следующий раз, когда понадобится считать или записать тот же файл, сможет напрямую обратиться к его записи в MFT.

     NTFS регистрирует распределение дискового  пространства в файле битовой карты с именем $Bitmap. Атрибут данных для файла битовой карты содержит битовую карту, каждый бит которой представляет кластер тома и сообщает, свободен кластер или выделен.